Question

【題目】利用廢舊鋰離子電池的正極材料（主要成分為LiCoO2、Al以及少量Ca、Mg、Cu、Fe等）制備Co3O4微球的工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）LiCoO2 中Co元素的化合價為_______。

（2）步驟①中生成Co2+的離子方程式為_______。此過程中若用濃鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，除因揮發(fā)使其利用率降低外，還有的缺點是_______。

（3）步驟②中，不同pH下溶液中金屬離子的去除效果如下圖所示。該過程加入NaOH調(diào)節(jié)溶液pH的最佳范圍是_______，理由是_______。

（4）步驟④中，過濾、洗滌操作均需用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、_______。

（5）步驟⑤中，Co(OH)2在空氣中高溫焙燒生成Co3O4的化學方程式為_______。

（6）若以鈷為電極，控制一定條件，電解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驅(qū)體Co(OH)2。寫出電解的總反應(yīng)方程式_______。

（7）實驗室測得“浸出液”中鈷元素的含量為a mg/L，取20 mL“浸出液”模擬上述流程進行實驗，得到“Co3O4微球”產(chǎn)品b g，又測得產(chǎn)品中鈷元素的質(zhì)量分數(shù)為w％。計算鈷的回收率為_______（列式表示）。

Answer 1

【答案】 +3 2LiCoO2 +6H++H2O2=2Co2++ O2+2Li++4H2O 鹽酸（或Cl-）可被LiCoO2氧化產(chǎn)生Cl2污染環(huán)境 5.5～6.0 在pH為5.5～6.0的范圍內(nèi)，F(xiàn)e3+、Al3+、Cu2+雜質(zhì)離子的去除率很高，而Co2+去除率很低，損失率較小 漏斗 6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O Co+2H2OCo(OH)2+H2 ×100%

【解析】（1）LiCoO2 中Co元素的化合價為+3；

（2）步驟①在正極材料中加入硫酸和過氧化氫溶液，將LiCoO2生成Co2+，離子方程式為：2LiCoO2 +6H++H2O2=2Co2++ O2+2Li++4H2O；此過程中若用濃鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，除因揮發(fā)使其利用率降低外，還有的缺點是鹽酸（或Cl-）可被LiCoO2氧化產(chǎn)生Cl2污染環(huán)境；

（3）步驟②中，加入NaOH調(diào)節(jié)溶液pH的最佳范圍是pH=5.5～6.0，在此范圍內(nèi)，Fe3+、Al3+、Cu2+雜質(zhì)離子幾乎被沉淀完全，而Co2+損失率較小；

（4）步驟④中，過濾、洗滌操作均需用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、和漏斗；

（5）步驟⑤中，Co(OH)2在空氣中高溫焙燒生成Co3O4，Co由+2價被氧化到+3價，故需氧氣的參與，化學方程式為：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O；

（6）若以鈷為電極，電解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驅(qū)體Co(OH)2，陽極是Co，電極本身失電子，生成Co2+，陰極水中的氫離子放電生成氫氣，故電解的總反應(yīng)方程式為：Co+2H2OCo(OH)2+H2；

（7）實驗室測得“浸出液”中鈷元素的含量為a mg/L，取20 mL“浸出液”模擬上述流程進行實驗，得到“Co3O4微球”產(chǎn)品b g，產(chǎn)品中鈷元素的質(zhì)量分數(shù)為w％，產(chǎn)品中Co的質(zhì)量為：b×w％，20 mL“浸出液中Co的質(zhì)量為：a×0.02×0.001g，故鈷的回收率為 ×100%= ×100%。